Um ihren Nachwuchs zu einer Zeit mit bestmöglichen Umweltbedingungen zur Welt zu bringen, sind verschiedene Tierarten dazu in der Lage, die Embryonalentwicklung quasi auf Pause zu setzen. Rehe beispielsweise paaren sich üblicherweise im Juli. Bei einer Tragzeit von etwa fünf Monaten kämen die Kitze mitten im Winter auf die Welt. Doch noch bevor sich die befruchtete Eizelle in die Gebärmutterschleimhaut einnistet, pausiert sie ihre Entwicklung für etwa 4,5 Monate – eine sogenannte embryonale Diapause, auch genannt Keimruhe. Erst ab Dezember beginnt der Embryo zu wachsen, sodass der Nachwuchs im Mai oder Juni geboren wird.
Entwicklungspause bei Mäusen und Menschen
Bei menschlichen Schwangerschaften findet unter natürlichen Umständen keine Diapause statt. Ein Team um Dhanur Iyer vom Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik in Berlin hat nun jedoch einen Signalweg identifiziert, mit dem sich in der menschlichen Embryonalentwicklung ein Zustand auslösen lässt, der der Diapause ähnelt. Für die Studie verwendete das Team aus ethischen und rechtlichen Gründen keine Embryos, sondern menschliche pluripotente Stammzellen sowie aus Stammzellen gewonnene Blastozystenmodelle, sogenannte Blastoide. Diese ähneln der Blastozyste, einem der frühesten embryonalen Entwicklungsstadien. In diesem Stadium findet bei vielen Tieren die Diapause statt.
Aus Versuchen mit Mäusen war bereits bekannt, dass ein molekularer Signalweg namens mTOR das Wachstum und die Entwicklung der Embryos reguliert. Wird der Signalweg gehemmt, kommt es bei Mäusen zu einer Diapause, bei der die befruchtete Eizelle im Blastozystenstadium frei in der Gebärmutter treibt und sich nicht weiterentwickelt. Erst am Ende dieser Keimruhe kommt die molekulare Kaskade des Signalweges wieder in Gang und ermöglicht die Einnistung und Weiterentwicklung des Embryos.
Potenzial für Reproduktionsmedizin
Die Forschenden testeten, ob dsich ieser Mechanismus auch beim Menschen aktivieren lässt. Das Ergebnis: „Als wir menschliche Stammzellen und Blastoide mit einem mTOR-Inhibitor behandelten, beobachteten wir eine Entwicklungsverzögerung“, berichtet Iyers Kollege Aydan Bulut-Karslıoğlu. Blastoiden-Zellen, bei denen der mTOR-Signalweg gehemmt war, entwickelten sich langsamer, teilten sich seltener und zeigten eine verringerte Fähigkeit zur Anheftung an die Gebärmutterschleimhaut. „Das bedeutet, dass auch menschliche Zellen die molekulare Maschinerie einsetzen können, um eine Reaktion ähnlich der Diapause hervorzurufen“, so Bulut-Karslıoğlu.
Die Forschenden vermuten, dass es sich bei der Fähigkeit zur Keimruhe um ein evolutionäres Überbleibsel handelt. „Obwohl wir die Fähigkeit verloren haben, Schwangerschaften auf natürliche Weise in einen Ruhezustand zu versetzen, deuten unsere Experimente darauf hin, dass wir uns diese innere Fähigkeit dennoch bewahrt haben und sie wieder freisetzen könnten“, sagt Co-Autor Nicolas Rivron von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften.
